22 | 06 | 2017
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 2732
Просмотры материалов : 7435595

Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Online
  • [Bot]
  • [Google]
  • [Rambler]
  • [Yandex]
Сейчас на сайте:
  • 110 гостей
  • 4 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Блок питания для РА, выполненного на МОП-транзисторах PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
07.03.2012 21:30

Блок питания для РА, выполненного на МОП-транзисторах

Блок живлення для РА, виконаного на МОП-транзисторах

William E. Sabin, W 0 IYH. Оригінал статті опубліковано в журналі QEX, March / April 1999, pp. 50 ... 54

Польові МОП транзистори, розраховані на роботу при середніх напругах харчування, стають доступними і недорогими. Вони дозволяють отримувати пристойні потужності, але, от, блоки живлення для них на напруги 40 ... 50 В, зустрічаються рідко. Тут описується один з таких блоків, розрахованих для харчування підсилювача з вихідною потужністю 120 Вт

В якості складової частини для широкосмугового РА на МОП транзисторах з вихідною потужністю 120 Вт, для отримання хороших інтермодуляційних характеристик (високої лінійності - UA 9 LAQ) в КВ діапазоні (1,8 ... 29,7 МГц), мені потрібен був хороший блок живлення з вихідною стабілізованою напругою 40 В при струмі навантаження 8 А, з можливістю збільшення вихідної напруги до 50 В при струмі 7 А. Блок живлення повинен був мати захист від перевантаження по струму, від збільшення напруги і короткого замикання. МОП транзистори вихідного каскаду РА повинні бути надійно захищені від ушкодження. Усвідомлюючи важливість поставлених завдань, я взявся за розробку блоку.

Я не став користуватися наявними схемами блоків живлення промислового виготовлення, тому, що, по-перше, вони, як правило розраховані на вихідну напругу 12 і 24 В, по-друге, застосовувані там компоненти не витримують напруги в 40 ... 50 В [1] . Ось так і з'явилася схема, наведена на Fig. 1, яка задовольнила усі вище зазначені вимоги і придатна для застосування з подібною РА (підсилювача потужності) апаратурою. Ця схема дуже схожа на просту схему, виконану на дискретних елементах, що була в ходу багато років (подивіться, наприклад, довідник ARRL за 1971 рік), в схему були внесені деякі поліпшення, і непогано було б їх обговорити, перш, ніж схема стане керівництвом до дії.

Силовий трансформатор був спеціально розрахований і зроблений Ronald 'o м Williams' ом, W 9 YZ [2], це був трансформатор моделі AV -574. Трансформатор розрахований на застосування в мережі змінного струму частотою 60 Гц, його первинна обмотка має відводи на 112, 117 і 122 В, вторинна - розрахована на напругу 36 В і струм 8 А. Випрямлена напруга, без навантаження, складає трохи більше 52 В. Я не міг знайти трансформатора з такими характеристиками ні в одному з доступних мені каталогів (нас ведуть до того ж: обмотувальний дріт для намотування саморобного трансформатора, часом варто вже дорожче готового трансформатора, потрібний трансформатор, однак, знайти досить складно - UA 9 LAQ). Цей трансформатор добре підходить для цього проекту і я, настійно, всім раджу застосувати такий. В принципі, трансформатори, що працюють на випрямляч з ємнісний навантаженням (перший конденсатор фільтра, що згладжує) повинні мати запас по середньо-квадратичним (RMS) значенням струму, в нашому випадку, бути розрахованими трохи більше, ніж на 8 А, для отримання на виході постійного струму в 8 А. Нагрівання трансформатора не перевищує допустимих значень і звичайний для любительської апаратури, так що, великий запас (хоч він і не заважає) робити не обов'язково, тим більше, що від цього страждають і масо-габаритні характеристики блоку живлення.

Хоча польові транзистори, що використовуються в моєму РА, розраховані на роботу при напрузі живлення до 50 В, я використовую тільки 40 В, для підстраховки - з запасом. При цьому легко виходить 120 вт вихідний потужності при низькому рівні спотворень. Цей неперебудовувані РА може бути використаний для роботи на антену або для розкачки більш потужного, наприклад, на лампі, підсилювача - за схемою із заземленою сіткою.

Детальніше

Fig. 1. Блок живлення для РА на МОП транзисторах. Схема принципова електрична. Якщо спеціально не вказано, то використовуйте резистори з потужністю розсіювання 0,25 Вт з допуском 5% вуглецеві або плівкові. RS = Radio Shack - номер деталі.

Специфікація на деталі до блоку живлення

Опис схеми

На Fig. 1 транзистор Q 1 управляє по базах транзисторами Q 2 ... Q 5, включеними паралельно. Вихідна напруга (24 ... 40 В - встановлюється) ділиться дільником на резисторах R 1, R 3 і подається в ланцюг бази транзистора Q 6. Ця напруга порівнюється з високостабільним, звільненим від фону (згладженим) напругою 17 В, що надходять з інтегрального стабілізатора LM 317 на емітер транзистора Q 6. А колектор Q 6 управляє ланцюгом бази транзистора Q 1. "Круг" (петля регулювання стабілізатора) замкнулося. LM 317 не може "витримувати" по входу "повні" 50 В, тому потужний стабілітрон (5 Вт) D 7 "гасить" 22 В.

Обмеження струму здійснюється транзистором Q 7. Коли струм досягне значення в 8 А, падіння напруги на резисторах R 4 і R 5 відкриє Q 7. А він зменшить напругу на базі Q 1, обмежуючи, таким чином, струми через транзистори

Fig. 2. Діаграма зони надійної роботи (ЗНР) транзистора 2 N 3772.

Q 2 ... Q 5, значенням, що не перевищує цих 8 А, також почне знижуватися вихідна напруга. Діоди D 2 і D 3 обмежують діючий струм бази Q 7 до безпечної величини. Ця схема також володіє зворотним зв'язком. Постійний по величині струм в 6 мА протікає через резистори R 6 та R 7. Цей струм визначається Q 8, R 8 і 17-вольта джерелом зразкового напруги. Якщо вихідна напруга впаде до 17 В, або буде близько того, діод D 4 замкнеться. Струм короткого замикання швидко зменшиться до величини приблизно 4 А, оскільки на резисторах R 6 та R 7 не буде більше падіння напруги. Постійна величина протікаючого струму в 6 мА надійно забезпечує те, що обмеження струму і зворотній зв'язок будуть працювати однаково як при 24 В, так і при 40 В.

Це - привід для застосування установочного (від 24 до 40 В) підлаштування резистора. Розробляючи РА, поганяйте його напруга живлення (більше - менше) на різних частотах, щоб перевірити його на паразитне генерацію або ще якісь неприємності, яких можна від його (підсилювача) чекати [3, 4]. У новій розробці ми значно піднімемо напругу і подивимося на те, що може вплинути на МОП транзистори або перегріти їх.

Проблема з'являється в ланцюзі колектора транзистора Q 6, якщо не встановлено діод D 1. Якщо вихідна напруга опуститься нижче 17 В, то опорне напруга пройде через діод D 5 на базу Q 6 і через прямосмещенного тепер перехід база-колектор. Напруга на колекторі, таким чином, буде обмежено величиною 17 В, що вимкне схему захисту від КЗ. Це призводить до пошкодження одного або декількох транзисторів (Q 1 ... Q 7), так що, діод D 1 є потрібним, "критичним" компонентом. Діод D 4 необхідний з цієї ж причини. Діод D 5 запобігає зворотне зміщення переходу емітер-база Q 6, яке не

Fig. 3. Зовнішній вигляд блоку живлення. Перемикач напруги з первинної обмотці Т1 розташований на лівій стінці шасі. Правильно орієнтуйте радіатор: потік повітря повинен йти знизу вгору, Запобіжник по змінному струму розташований зліва від запобіжника по постійному струму на передній стінці шасі БП.

рекомендується виробниками транзисторів. (Пробивное напругу зворотного зсуву емітер - база невелике, приблизно 5 В - Примітка редактора журналу). Цей блок живлення, дійсно, - "звір", а ось транзистори MPS 2222А - слабенькі і тому потребують надійного захисту.

Сенс у використанні незвично великого опорного напруги в 17 В пояснюється тим, що, в цьому випадку, зменшується девіація падіння напруги на резисторі R 1 через протікання струму через резистор R 3. А це дозволяє збільшити посилення в петлі стабілізатора. Висока опорне напруга зменшує також напруга на переході колектор-емітер транзисторів Q 6 і Q 8 і розсіювання потужності в мікросхемі U 2. Надвисокий коефіцієнт стабілізації в цій схемі не потрібен (оскільки стабілізатор призначений для живлення РА), але такий досить високий. Флуктуації вихідної напруги стабілізатора на залежною від голосу навантаженні (робота, наприклад, на SSB) практично повністю виключені петлею стабілізатора, що працює в широкій смузі частот. Конденсатор С5 і комбінація резисторів R 4, R 5 з вихідним опором транзисторів Q 2 ... Q 5 допомагають встановити смугу пропускання у відкритій петлі, але С5 не є хорошим розв'язують по РЧ компонентом, тому, для усунення можливого самозбудження, застосований додатковий розв'язують конденсатор С6. Q 9, D 8, D 9, R 9, R 10 запобігають надмірне підвищення вихідної напруги стабілізатора. Якщо, з якоїсь причини вихідна напруга досягне величини в 47 В, тиристор відкриється і

Fig. 4. Вид під шасі блоку живлення. Білий дріт від анода тиристора Q 9 (корпус ТО-220, центральний висновок) над платою, потім, під платою, йде прямо до держателя запобіжника. R 18 приєднаний безпосередньо між базою і колектором Q 1 (ліворуч на фото). Зліва внизу плати видно білі блоки резисторів R 4 і R 5, вони розташовані на деякій відстані від плати - гріються.

згорить 10-амперний запобіжник. Цим вся постояннотоковая частина схеми буде моментально відключена. Величина опору резистора R 10 підбирається експериментально, по надійному відключення стабілізатора при досягненні вихідним його напругою рівня в 47 В. В той же час діод D 6 забезпечує коротке замикання на корпус через тиристор Q 9, який швидко розряджає конденсатор С5 і можливі, що знаходяться в РА . D 6 також запобігає несанкціоновану провідність транзисторів Q 1 ... Q 5, яка може зашкодити останні.

Факт щодо Q 1 ... Q 5 цікавий: у популярного транзистора 2 N 3055 пробивну напругу 60 В, так що він не підходить за надійністю. У транзисторів 2 N 3773 - пробивна напруга вже 140 В, а коштує він всього на 1 долар дорожче попереднього. Особливої ​​уваги заслуговує, так звана, зона надійної роботи (ЗНР = англ. SOAR) цих транзисторів. Скориставшись техдокументації, взятої з сайту фірми Motorola HTTP :/ / www. mot. com , ми отримали спрощену діаграму для ЗНР по постійному струму (Fig. 2). При напрузі колектор-емітер рівному 50 В, відповідному короткого замикання в навантаженні, небажаним виявляється протікання струму в 2 А по кожному з чотирьох транзисторів (згадаємо, ток стабілізатора обмежений величиною 8 А - UA 9 LAQ) -

Fig. 5. Ескіз монтажної плати блоку живлення (стабілізатора) допомагає ідентифікувати компоненти на Fig. 4.

показано на діаграмі як точка Х. Зворотній зв'язок зменшує цей струм до 1 А на транзистор (точка Y), це положення - куди надійніше, ніж перше. Зменшення струму відбувається в дійсності і надійно повторюється при черговому К.З. Завдання радіатора, в разі виникнення К.З., полягає в здатності підтримувати температуру корпусів транзисторів Q 2 .... Q 5 на рівні не вище 60 градусів Цельсія [5], оскільки висока температура значно зменшує ЗНР, як видно з техдокументації на транзистори . Зворотній зв'язок, і в цьому випадку, надає неоціненну послугу. Зворотній зв'язок, зменшуючи струм короткого замикання, зменшує і нагрів силового трансформатора, якщо стан короткого замикання затягнеться надовго. Постає питання, чому б, не використовувати менший за розмірами радіатор і ще зменшити струм короткого замикання? Я вирішив, що при будь-якому експерименті, проведеному мною при 24 В і струмі 8 А, радіатор повинен розсіювати (52 В - 24 В) х 8 А = 224 Вт (по 56 Вт на кожний з включених паралельно транзисторів), так що і рекомендую "великий" радіатор (чого вже там якась дрібниця ток К.З. в 1 А і розсіює потужність в 28 Вт (Hi!) - UA 9 LAQ). Що ж збільшення потужності, що розсіюється на регулюючому транзисторі (транзисторах), при збільшенні струму навантаження, це - недолік стабілізаторів напруги послідовного типу.

Конструкція

На Fig. 3 і Fig. 4 можна бачити конструкцію блоку живлення подетально. Розміри шасі: 9 х 7 х 2 дюйма (226,8 х 176,4 х 50,4 мм). Для запобігання випадків необхідна наявність нижньої захисної кришки, всередині обклеєної ізоляційним матеріалом, до неї можна приклеїти знизу і гумові опорні ніжки. Друкована плата містить низьковольтну частину схеми як видно з Fig. 1. Я "пришпилив" її за допомогою двох гвинтів кріплення трансформатора Т1, можна закріпити плату та іншим способом. Особливу увагу потрібно приділити загального проводу (достатнє перетин, короткі проводи, надійне з'єднання з корпусом, якщо таке передбачено - UA 9 LAQ). Дуже важливо, щоб дріт від F 2 був безпосередньо з'єднаний з анодом тиристора Q 9, а не через фольгу доріжки друкованої плати. Друкована доріжка не витримає струму спалює 10 А запобіжник. Це показано на Fig. 4. Друковану плату можна придбати в FAR Curcuits [6]. Для перемикання відводів первинної обмотки силового трансформатора Т1 під чинне в мережі змінного струму напруга можна встановити перемикач, який, проте, не слід перемикати, не відключивши Т1 від мережі, щоб уникнути підгоряння контактів перемикача. Конденсатор С1 запасає багато енергії: (53 В) ^ 2 · (17000 мкФ) · (0,5) = 23,9 Дж. Цієї енергії достатньо, щоб, при випадковій розрядці конденсатора, зробити гучний хлопок і спалити будь-яку деталь (можуть розлітатися фрагменти металу - бережіть очі! - UA 9 LAQ). Діоди випрямного моста повинні бути розраховані на зворотне робочу напругу не менше 100 В. Щоб швидко розрядити конденсатор після вимкнення напруги живлення блоку, замкніть його вихідні затискачі накоротко. Ток буде обмежений величиною в 4 А і конденсатор С1 досить швидко (але плавно) розрядиться. С1 кріпиться вивідними гвинтами на платі з ізоляційного матеріалу розмірами 2 1/2 х 2 1/2 дюйма (63 х 63 мм). Обидва виведення ізольовані від загального проводу великими отворами, просвердленими в шасі. Як R 1, R 3, R 8, R 11 і R 12 рекомендується застосовувати металлопленочні резистори з допуском 1%. Як R 2 повинен використовуватися високоякісний потенціометр з потужністю розсіювання не менш 2 Вт R 6, R 7 і R 18 повинні бути підібрані так, щоб їх номінали розрізнялися не більше, ніж на 5% або використовувати такі з ряду металлопленочні з допуском 1% без підбору.

Радіатор для Q 2 ... Q 5 типу Wakefield 441 K (при монтажі використовуйте слюдяні шайби-прокладки). Використовувати щось більш мініатюрне не рекомендується з причин, викладених вище. R 13 ... R 16 і D 6 також змонтовані на цьому радіаторі з використанням хомутів або ізоляційних стійок. Зверніть увагу на правильну орієнтацію радіатора: конвекційний потік повітря повинен входити через нижню частину радіатора і спрямовуватися вгору, охолоджуючи його. Транзистор Q 1 змонтований на радіаторі типу Wakefield 621 A також з використанням слюдяних шайб - прокладок. Для монтажу потужних провідних ліній, показаних на Fig. 1, використаний провід # 12. На Fig. 4 показаний спосіб закладення (пайки) цих проводів в друковану плату. R 4 і R 5 повинні бути змонтовані на відстані в 1/8 дюйма (3 мм) від плати, оскільки нагріваються. Ток фону (пульсацій) до конденсатора С1 не повинен протікати через шасі, повинен бути заземлений на шасі єдиною індивідуальної точкою за допомогою пелюстки, в монтажному вузлі, як показано на Fig. 1. Конденсатор С5 встановлений безпосередньо між негативним і позитивним монтажними вузлами, а резистор R 1 встановлений в безпосередній близькості від позитивного монтажного вузла. Трьохпровідний з'єднувальний шнур живлення має в своєму складі провід з ізоляцією зеленого кольору, з'єднайте цей провід з шасі блоку живлення, щоб уникнути неприємностей. Всі високовольтні ланцюги повинні бути ретельно ізольовані. Вторинна напруга в 50 ... 55 В, що застосовується в цьому блоці живлення, вже може становити небезпеку. Ми звикли "пхати руки" в наші транзисторні конструкції і "колупатися" в них під напругою. З цією конструкцією такі "жарти" не проходять. Підбір опору резистора R 10 здійснюється наступним чином: приєднаєте резистор опором 10 кОм паралельно резистору R 3, щоб вихідна напруга стабілізатора могло бути підвищено підлаштування резистором R 2 до, приблизно, 47 В. Підберіть величину опору резистора R 10 так, щоб 10 А запобіжник F 2 не згорав при вихідних напругах стабілізатора до 47 В. Потім видаліть додатково встановлений резистор 10 ком. Застосовувати при підборі R 10 підлаштування резистори не рекомендується.

Перед включенням блоку в мережу, самим ретельним чином все перевірте за допомогою омметра, усуньте всі замикання, деталі повинні бути справні, а монтаж повинен відповідати принциповій схемі ... Перше включення краще провести з регульованим мережевим автотрансформатором (ЛАТР), якщо такий є. Спостерігайте за зростанням вихідної напруги блоку харчування при його регулюванні. Переконайтеся, що резистор R 2 працює надійно. Наступним кроком буде максимальне навантаження блоку живлення, так щоб струм, споживаний від стабілізатора, був, порядку, 8 А. Перевірте, як працює функція обмеження стабілізатором максимального струму. Потім, замкніть накоротко висновки стабілізатора і виміряйте струм короткого замикання. Його величина повинна складати 4 А.

Варіант стабілізатора з вихідним напругою 50 В

Описаний тут блок живлення може бути модернізований під вихідна напруга 30 ... 50 В. Avatar [2] може поставити (вислати) трансформатор c вихідним напругою 45 В і струмом 7 А. Ємність конденсатора С1 повинна скласти 10 000 мкФ на робочу напругу 100 В, 70 В - сильно знижують надійність блоку. Стабілітрони (діоди Зенера) D 7 і D 8 (але не D 9) повинні бути розраховані на 30 В (1 N 5363 B). Опорное напряжение должно составлять 25 В ( R 11 = 1180 Ом, допуск 1%) для того, чтобы Q 6 и Q 8 продолжали “чувствовать себя” хорошо при своих технических допусках. При выходных напряжениях от 30 до 50 В, R1 = 1,25 кОм и R 3 = 3,75 кОм, при опорном напряжении 25 В и, если R 2 = 2,5 кОм. Тиристор Q 9 должен срабатывать при напряжении, примерно, 55 В.

Примечания: 1. Производится чип высоковольтного стабилизатора с регулируемым

выходным напряжением, но его очень трудно достать, по мне не

понятным причинам. Подождите годик – другой, может быть

появится в продаже .

2. Avatar Magnetics, 240 Tamara Tr., Indianapolis , IN, 46217. Связь по

почте ( письмами ).

3. Dye and Granberg, Radio Frequency Transistors, Butterworth – Heinemann,

1993.

4. Sabin and Schoenike, Single – Sideband Systems and Curcuits, McGraw-

Hill, 1987/1995; или HF Radio Systems and Curcuits, Noble Publishing

( Crestone ), 1998.

5. Посмотрите в “современном” Справочнике ARRL за любой год

раздел о блоках питания и дискуссию о применении радиаторов.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59

60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 78 79 80 81 82

Обновлено 28.03.2012 05:10
 
Для тебя